使用PTFE膜以及碳网片用于HEPA效率以及气味控制的过滤介质构造

摘要

在此尤其披露了一种改进的过滤介质构造，该构造包括用于改善气味控制的多个层，该过滤介质构造可以用于真空吸尘器的空气过滤筒应用。该过滤介质包括抗微生物的ePTFE HEPA过滤介质以防止霉菌的生长。该过滤介质还可以用于空气滤清器过滤、用于家里和工业建筑的中央空气过滤(HVAC)、洁净室、以及微电子器件。在一个实施方案中，这种改进的过滤介质构造包括至少一个PTFE层、一个双组份层、以及一个基础层。在一个实施方案中，该PTFE层包括ePTFE。在一个实施方案中，该双组份层包括非纺织的聚乙烯/聚对苯二甲酸乙二酯(PE/PET)。在又一个实施方案中，该基础层包括活性炭。在此提供了其他的方面以及实施方案。

权利要求

1.一种多层的过滤介质构造，包括：

上游介质层，所述上游介质层包括纳米纤维，双组份层，所述双组份层包括非纺织的聚乙烯/聚对苯二甲酸乙二酯，以及基础介质层，其中上游介质层通过双组份层结合到基础介质层。

2.根据权利要求1所述的过滤介质构造，所述基础介质层包括活性炭。

3.根据权利要求2所述的过滤介质构造，其中基础介质层包括最小值为45％的活性炭。

4.根据权利要求2所述的过滤介质构造，所述基础介质层还包括纳米纤维。

5.根据权利要求1所述的过滤介质构造，所述基础介质层包括负载了碳的熔喷介质。

6.根据权利要求5所述的过滤介质构造，所述基础介质层还包括纳米纤维。

7.一种用于制造三层的过滤介质构造的方法，包括：使用双组份层在热量和压力下将上游介质层结合到基础介质层，其中所述上游介质层包括纳米纤维，并且其中所述双组份层包括非纺织的聚乙烯/聚对苯二甲酸乙二酯。

8.根据权利要求7所述的方法，所述基础介质层包括活性炭。

9.根据权利要求8所述的方法，其中基础介质层包括最小值为45％的活性炭。

10.根据权利要求8所述的方法，其中基础介质层还包括纳米纤维。

11.根据权利要求7所述的方法，所述基础介质层包括负载了碳的熔喷介质。

12.根据权利要求11所述的方法，所述基础介质层还包括纳米纤维。

13.一种多层过滤介质构造，包括：

上游介质层，所述上游介质层包括纳米纤维，双组份层，所述双组份层包括非纺织的聚乙烯/聚对苯二甲酸乙二酯，以及包括负载了碳的纳米纤维的基础层，其中上游介质层通过双组份层结合到基础层。

14.根据权利要求13所述的过滤介质构造，其中基础层包括最小值为45％的活性炭。

15.根据权利要求13所述的过滤介质构造，其中过滤介质构造还包括抗微生物处理。

说明书

使用PTFE膜以及碳网片用于HEPA效率以及气味控制的过滤介

质构造

[0001] 本申请是作为一个PCT国际专利申请于2010年7月22日以唐纳森公司(Donaldson Company,Inc.)(一个美国国家公司，作为除美国之外所有指定国的申请人)、以及Kirit Patel(一位美国公民，作为仅美国指定国的申请人)的名义进行提交的，并且要求了于2009年7月22日提交的美国临时专利申请序列号61/083,784的优先权，其内容通过引用结合在此。

技术领域

[0002] 本发明总体上涉及一种分层的过滤介质。

背景技术

[0003] 过敏症患者以及带有呼吸病症的患者通常对于空气中的微粒物质是敏感的。真空吸尘器以及空气滤清器过滤装置寻求去除家里以及商业场所的微粒物质，从而要求过滤器来捕获这些颗粒。没有这样的过滤器，真空吸尘器将会使这些微粒物质简单地再循环到空气中。由于日益严格的法规要求，需要工业集尘设备来从工艺空气流中除去更大比例的越来越小的颗粒。燃气轮机进气过滤系统也必须除去大量非常小的颗粒，因为此类颗粒的存在可能对涡轮机叶片造成不可修复的损害。环境的清洁度、其居住者的健康、工业方法的效力、工业设备的维护、以及总的生活美学要求过滤器从空气流中容易地去除亚微米的微粒物质。

[0004] 为了实现从穿过此类系统的空气流中去除亚微米的微粒，惯性分离器倾向于简单地在微粒材料的路径中设置物理障碍，则该微粒材料从空气流中被敲击到一个收集箱中。纸袋集尘器简单地是基于滤纸技术的袋子形式的过滤器。此类纸袋典型地在空气流上简单地适合于从空气流中分离微粒的目的。

[0005] 更加新的过滤器已经被设计为具有一个收集过滤器或一个平板或柱形滤筒。在这些应用中，使用了一种HEPA过滤材料。按其定义，HEPA过滤器去除了至少99.97％的0.3μm或更大直径的空气中颗粒。由于它们的总体可靠性以及高水平的性能，HEPA过滤器通常被用来将放射性物质、石棉、铅、铍、以及其他有毒微粒的释放最小化。在真空吸尘器中，使用HEPA过滤器进行空气污染控制。通常HEPA结构包括膨胀的PTFE(ePTFE)、具有一层结合在过滤器构造中的熔喷纤维的层、或具有一层结合在过滤器构造中的熔喷纤维的一个纤维素滤纸层。这些结构通常是通过敲击该过滤器或通过使用压缩空气流从该过滤器中吹出滤饼或微粒而进行清洁。

[0006] 更加新的过滤器的过滤效率以及可清洁性是重要的。这些过滤器必须能够除去灰尘以及污垢，但是必须是容易清洁的而不会损害该过滤器。通常通过在固体物体上敲击该过滤器而排出灰尘以及污垢来清洁脏的过滤器可能造成过滤介质失效或可能造成多层的元件发生分层，由此致使该过滤器由于形成一个供灰尘以及污垢通过该过滤结构的路径而失效。当细的灰尘颗粒被捕集进入该过滤介质中的深度使得灰尘不能通过典型的过滤器清洁机理而排出时，会发生另一种失效模式，从而导致真空功率减小并且过滤器寿命变短。

[0007] 在真空袋中使用了细纤维层的一种灰尘过滤器真空技术的一个例子是Emig等人的美国专利号6,395,046。使用了膨胀的PTFE的一种处于湿/干真空中的滤筒的一个例子是Scanlon等人的美国专利号5,783,086。过滤材料，例如粗织HEPA介质，通常具有高的效率但是通常具有短的寿命并且可能通过水的暴露而被降级。

[0008] 仍然需要适合于去除气味并同时保持更低压降以及更高效率的过滤介质构造。此外，对于提供了HEPA效率、气味控制、以及利用单一介质来控制滤筒介质中的霉菌生长而进行抗微生物处理的过滤介质构造存在一种需要。

发明内容

[0009] 本发明总体上涉及一种用于改进气味控制以及过滤作用的多层的HEPA过滤介质。本发明提供了一种用于改进气味控制的多层的抗微生物的ePTFE HEPA过滤介质。该介质确切地说是被设计用于真空吸尘器空气过滤筒应用，但是它还可以用于多种其他的过滤系统。此类系统包括但不限于空气滤清器过滤、用于家里和工业建筑的中央空气过滤(HVAC)、洁净室、以及微电子器件。

[0010] 这种过滤介质构造典型地包括至少三个层：一个上游介质层、一个双组份聚乙烯/聚对苯二甲酸乙二酯(PE/PET)层、以及一个基础层。在一个实施方案中，该上游介质层使用PTFE。在另一个实施方案中，用于该上游介质层的PTFE是膨胀的PTFE(ePTFE)。该ePTFE膜层为该过滤介质提供了多个重要益处，包括HEPA效率以及在HEPA效率下具有最小压降的敲打清洁性(tap cleanability)。在一个实施方案中，该双组份层包括非纺织的聚乙烯/聚对苯二甲酸乙二酯(PE/PET)。在某些实施方案中，该基础层包括活性炭。

[0011] 这个概述是对本申请的某些传授内容的综述并且并非旨在是对本发明主题的排他的或详尽的处理。在详述说明以及所附权利要求书中可以找到另外的细节。在阅读并且理解了以下详细说明并且看了形成其一部分的附图之后，其他方面对于本领域的普通技术人员是清楚的，各个附图不得在限制的意义上进行理解。本发明的范围由所附权利要求书以及它们的法律等效物所限制。

附图说明

[0012] 结合以下附图可以更全面地理解本发明，其中

[0013] 图1是根据本发明的过滤器构造的一个示意性正面透视图。

[0014] 图2是根据本发明的一个实施方案的一种多层式过滤介质的截面视图。

[0015] 图3是图2中所示的过滤介质的扫描电子显微镜图像。

[0016] 图4是根据本发明的一个实施方案的一种多层式过滤介质的截面视图。

[0017] 图5是根据本发明的一个实施方案的一种多层式过滤介质的截面视图。

[0018] 图6是根据本发明的一个实施方案的一种多层式过滤介质的截面视图。

[0019] 图7是根据本发明的一个实施方案的一种多层式过滤介质的截面视图。

[0020] 图8A示出了通过进行排气试验得到的试验结果，其中用氨来挑战根据本发明制成的介质。

[0021] 图8B示出了通过进行排气试验得到的试验结果，其中用H2S来挑战根据本发明制成的介质。

[0022] 图9示出了在本发明的一个实施方案中使用的两种不同的介质样品的分级效率。

[0023] 尽管本发明对于多种改性和替代形式是敏感的，但已经通过实例和附图的方式示出了其特殊性，并且将详细进行描述。然而，应当理解，本发明并不限于所描述的这些具体实施方案。与此相反，本发明将覆盖落在本发明精神和范围内的修改、等效物、以及替代方案。

具体实施方式

[0024] 通用的真空吸尘器以及湿/干式真空系统的市场近年来对真空吸尘器及其过滤器提出了越来越高的性能标准。需要这些装置来从真空吸尘器自家里、车库、地下室、商店、庭院的通常严酷的湿或干的环境、以及多种工业环境中获得的气流中去除越来越大比例的越来越小的颗粒。这种增长的要求满足了健康改善、过敏症减小、可清洁性改善、环境颗粒计数减少的需要、以及其他对于家里、商店、以及工业环境的要求。

[0025] 现有技术的过滤介质在过滤设备以及方法中在指定的作用方面具有足够的性能。然而，这些介质均遭遇不同的问题。目前，过滤器技术提供了气味控制，但改进的气味控制是所希望的。湿式过滤器(damp filter)通常有利于过滤器上不希望的霉菌以及霉病的生长。霉菌进而产生了霉菌孢子，这些孢子可以增加对空气的污染。此外，典型的是对于住宅或其他非工业应用而言可以实现所希望的效率的过滤器通常在过滤介质上产生了对于这些应用而言过高的压降。

[0026] 本发明提供了一种用于改善气味控制的多层的抗微生物的ePTFE HEPA过滤介质。该介质确切地说是设计用于真空吸尘器空气过滤筒应用，但是它还可以用于多种其他的过滤系统。此类系统包括但不限于空气滤清器过滤、用于家里和工业建筑的中央空气过滤(HVAC)、洁净室、以及微电子器件。

[0027] 过滤器构造

[0028] 参见图1，一个示例性实施方案的过滤介质构造10包括至少三个层：一个上游介质层20、一个双组份(PE/PET)层30、以及一个基础层40。在使用中，空气流从该上游介质层20开始、穿过该双组份层30、并且由该基础层40离开。

[0029] 在一个实施方案中，该上游介质层20使用PTFE。在一个典型的实施方案中，用于该上游介质层20的PTFE是膨胀的PTFE(ePTFE)。该ePTFE膜层为该过滤介质提供了多个重要益处，包括任选的HEPA效率以及在HEPA效率下具有最小压降的敲打清洁性。HEPA效率被定义为对于0.3微米的颗粒为最小99.97％(美国标准)。

[0030] 在一个实施方案中，该基础层40包括一个活性炭层并且该上游介质层20是ePTFE。在另一个实施方案中，该活性炭层包括最小值45％的活性炭。该ePTFE过滤层是使用一种低熔性双组份层30在热量和压力下与碳基介质进行结合。

[0031] 图2示出了本发明的一个实施方案，其中该上游介质层20包括ePTFE膜，该双组份层30是非纺织的PE/PET，并且该基础层40包括活性炭。该双组份层30可以用一种抗微生物的物质进行处理。如图2所示，该双组份层30还可以替代地使用一种低熔性粘合剂网片形成。另外，该基础层活性炭可以用一种抗微生物的物质进行处理。图3示出了图2中所示的过滤介质的扫描电子显微镜图像。

[0032] 在一个实施方案中，该基础层40包括一个活性炭层以及纳米纤维，并且该上游介质层20是PTFE，如图4中所示。

[0033] 在一个实施方案中，该基础层40具有碳颗粒的熔喷介质，并且该上游介质层20是PTFE，如图5中所示。

[0034] 在一个实施方案中，该基础层40是具有碳颗粒的、负载了颗粒的熔喷纳米纤维，并且该上游介质层20是PTFE，如图6中所示。

[0035] 在一个实施方案中，该基础层40是进一步包含碳颗粒的、负载了颗粒熔喷材料，并且该上游介质层20是明尼苏达州布卢隆顿市的唐纳森公司创造的纳米纤维。这个实施方案展示在图7中。在一个实施方案中，该纳米纤维可以在一侧上是被涂覆的。在另一个实施方案中，该纳米纤维可以在两侧上是被涂覆的。在这些不同的实施方案中，纳米纤维介质可以与其他介质(例如负载了碳的熔喷介质)一起共同形成褶皱。

[0036] 示例性的材料

[0037] 本发明可以用不同的材料来构建。HEPA过滤材料是优选的，因为按照定义，HEPA过滤器去除了至少99.97％的0.3μm直径的空气中颗粒。然而，由于该过滤器的构造，为了使得整个过滤介质构造是HEPA效率的，用来构建本发明的过滤器的起始材料不需要是HEPA效率的。在一个实施方案中，该上游介质层使用聚四氟乙烯(PTFE)。在本发明中还可以使用膨胀的PTFE(ePTFE)。典型地，ePTFE介质具有高的压降以及适度的HEPA效率。

[0038] 替代地，如图7所示，该上游介质层20可以包括纳米纤维，例如由明尼苏达州布隆明顿市的唐纳森公司创造的。这些纳米纤维以中度范围的过滤效率提供了低成本的选择。这些纳米纤维的例子包括一些在一侧上被涂覆的以及其他在两侧上被涂覆的、与熔喷碳介质共同形成褶皱的或与之粘合的。这种熔喷的碳介质可由多种商业来源获得，例如麻萨诸塞州东沃尔波尔的贺林斯沃与佛斯公司(Hollingsworth and Vose)。

[0039] 在一个实施方案中，该双组份层30可以包括聚乙烯/聚对苯二甲酸乙二酯(PE/PET)。在另一个实施方案中，该双组份层30可以包括一种低熔性粘合剂网片。

[0040] 在一个实施方案中，该基础层40包括活性炭。在一个优选实施方案中，该基础层40包括最小值45％的活性炭。该基础层可以利用或不用抗微生物处理来生产。替代地，该基础层40包括具有活性炭的纳米纤维。在这个应用中，这些纳米纤维达到了多功能的目的：除了帮助捕获逃离ePTFE薄膜的空气中污染物之外，这些纳米纤维致使总压降低于单独使用PTFE薄膜时的压降。因此，这些材料的使用并不必然使得起始的PTFE薄膜是HEPA效率的。

[0041] 在另一个实施方案中，该基础基质40包括具有活性炭的熔喷介质。该具有活性炭的熔喷介质达到了双重目的：它不仅帮助控制气味，而且还帮助捕获逃离该ePTFE薄膜层的空气中污染物。此外，总压降是低于单独使用PTFE时的压降，因此起始的PTFE薄膜不需要是HEPA效率的。

[0042] 在又一个实施方案中，该基础基质40包括具有纳米纤维的、负载了碳颗粒的熔喷介质。此种材料适合于以更低的压降和更高的效率来除去气味。这个实施方案的起始的PTFE薄膜不需要是HEPA效率的。

[0043] 可以用于该基础介质40的一种示例性的材料是由康涅狄格州曼彻斯特市的莱德尔公司(Lydall,Inc.)开发的2-in-1碳基底。此种材料的一个例子是由康涅狄格州曼彻斯特市的莱德尔公司开发的C-680 介质。该 介质包括一种非纺织的材料以及活性炭。

[0044] 因特贝斯克资源公司(Interbasic Resources Inc.)(IBR)在介质上进行了效率以及排气试验，展示在图8A和8B中。这些试验是由IBR针对真空气味控制而开发的。对于排气试验，用氨和H2S来挑战介质。

[0045] 图8A示出了通过进行排气试验得到的结果，其中用氨来挑战该介质以便确定在静态条件下来自负载的真空吸尘器过滤器中的排气量。在排气试验中使用的污染物是以200ppm(v)氨饱和的50克IEC 60312家庭试验灰尘。这些试验在70华氏度下以48％的湿度以及736mmHg的气压进行。测试的介质样品是被形成为口袋并且填充了50克灰尘的12英寸×
12英寸的平坦片材介质。

[0046] 图8B示出了通过进行排气试验得到的结果，其中用氨来挑战该介质以便确定在静态条件下来自负载的真空吸尘器过滤器中的排气量。在这些试验中，排气试验中使用的污染物是以200ppm(v)H2S饱和的50克IEC 60312家庭试验灰尘。这些试验在71华氏度下以47％的湿度以及739mmHg的气压进行。测试的介质样品是被形成为口袋并且填充了50克灰尘的12英寸×12英寸的平坦片材介质。

[0047] 图9中所示，用于基础介质40中的另一种示例性材料示出了两种不同的介质样品的材料的分级效率。

[0048] 此外，该过滤介质10能按任何方式进行处理以改进其去除微小微粒以及用于其他目的的效率。例如，可以使用静电处理过的介质，如具有一个或多个细纤维层的纤维素介质、或本领域普通技术人员已知的其他类型的介质。该过滤介质10还可以用抗微生物的物质进行处理以防止该过滤器上的霉菌生长。抗滤过性毒菌的或抗霉菌的试剂也可以用来处理该过滤介质10以便减小传染性试剂的数量。

[0049] 应该指出，如在本说明以及所附权利要求书中使用的，单数形式的“一个/一种(a/an)”以及“该”包括复数的指代物，除非上下文另外清楚地指出。应该注意，术语“或”一般是在它的包括“和/或”的意义上使用，除非上下文另外清楚地指出。

[0050] 还应当注意的是，如在本说明书和所附权利要求书中使用的，短语“配置”描述一种系统、装置、或其他结构被构建或配置为执行一项具体的任务或采取一种具体的构型。短语“配置”可以与其他类似短语例如“安排”、“安排并配置”、“构建并安排”、“构建”、“制造并安排”等等互换地使用。

[0051] 本说明书中的所有公开文件和专利申请指示了本发明所属领域的普通技术人员的水平。所有的公开文件和专利申请都通过引用结合在此，其程度就如同每个单独的公开文件或专利申请都通过引用确切地并且独立地指明。

[0052] 本申请旨在覆盖本发明主题的改变或变体。要理解的是，以上说明旨在是阐述性的并且不是限制性的。本发明主题的范围应参照所附权利要求书连同给予此类权利要求的整个等效物范围来确定。